PRODUCCIÓN BIODIESEL

PRODUCCIÓN ENZIMÁTICA DE BIODIESEL

Fabiola Jaqueline Torres Luna A01656372 Naomi Montserrat Deviana Gallegos A01656705 Carlos Vásquez Pérez A01654623 Alonso Viveros Hernández A01552178 Jonathan Yair Hernández Becerril A01655562

OBJETIVO

JUSTIFICACIÓN

Se trata de una energía de origen renovable. Reduce el consumo de combustibles fósiles. Favorece el desarrollo de poblaciones rurales. Su combustión se encuentra entre un 40% y 80% menos contaminante que el diesel convencional debido a su composición molecular. No es tóxico, es biodegradable, y tiene un punto mayor de inflamación, lo que lo vuelve más seguro.

OBTENER UNA ENZIMA CAPAZ DE PRODUCIR BIODIESEL, PARA QUE PUEDA REDUCIR SIGNIFICATIVAMENTE LA DEPENDENCIA HACIA LOS COMBUSTIBLES FOSILES Y COMO CONSECUENTE REDUZCA LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO.

ANTECEDENTES

Anteriormente se ha producido biodiesel usando el metodo de transesterificación, que conconsiste en la reacción de un triglicérido con un alcohol para formar alquil ésteres y glicerol. Para que suceda esta reacción, se tienen que mezclar en un reactor. el aceite de extraído y un alcohol en presencia de un catalizador alcalino (NaOH ó KOH). El biodiesel tuvo inIcios en La técnica de transesterificación en aceites vegetales fue desarrollada en 1853 por los británicos E. Duffy y J. Patrick con el principal objetivo de obtener glicerina y utilizarla como materia prima en la producción de jabón, varios años antes de que se hubiera inventado el motor diesel(Demirbas.a.,2008). Posteriormente Esta técnica fue utilizada primordialmente para producir glicerina a partir de aceites de cacahuate, marihuana y maiz. En 1898 En paris francia por el inventor e ingeniero Rudolph Diesel que hizo fuNcionar un mOtor Pesado con aceite de mani(fondef.,2006).

MARCO TEÓRICO

*Revisar todos los videos para más información

¿QUÉ ES UNA LIPASA? Las lipasas son enzimas que catalizan la hidrólisis de los enlaces éster presentes en los acilgliceroles in vivo (dentro de un organismo vivo). In vitro(en tubos de ensayo dentro de ambientes controlados) pueden catalizar la hidrólisis o síntesis de una gran variedad de ésteres y la resolución de mezclas racémicas con una selectividad alta. (González-Bacerio et al., 2010) ¿QUÉ ES UNA ENZIMA? Son proteínas especializadas en acelerar las reacciones químicas que ocurren en nuestros cuerpos. ¿CÓMO SE INMOVILIZA UNA ENZIMA? De manera general, los metodos de inmovilización de enzimas se clasifican en físicos y químicos. Su diferencia radica en que en los físicos las interacciones entre la enzima y el soporte son debiles, mientras que en los químicos, la enzima y el soporte se unen a través de enlaces covalentes. De acuerdo a Bickerstaff (1997), existen cinco metodos principales de inmovilización de enzimas: adsorcion, unión covalente, atrapamiento, encapsulacion y entrecruzamiento. Es importante mencionar que no existe un sistema universal de inmovilizacion, ya que para un caso dado es necesario evaluar varias metodologías (Revista Mexicana de Ingeniería Química, 2013) *Pueden consultar los procesos especificados en las pág. 4 y 5 del siguiente documeto* Ventajas de la inmovilización: El aumento de la estabilidad de la enzima, la posible reutilización del derivado, por lo que disminuyen los costes del proceso, entre otras.

Actualmente las reservas de petróleo se encuentran en peligro, ya que está en proceso de agotamiento, es por eso que surge la necesidad de generar biodiesel a través de procesos enzimáticos.

¿QUÉ ES EL BIODIESEL, DE DONDE SURGE Y PROCESO?

El biodiesel es un combustible de origen natural, renovable y limpio. Su uso permite reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que se produce a partir de materia orgánica (fundamentalmente aceites vegetales o grasas animales) y se define como una mezcla de monoacilésteres de ácidos grasos de cadena larga de origen vegetal o animal. (REPSOL, 2023) ¿CUÁL ES SU PROCESO DE ELABORACIÓN? La transesterificación es la forma más común de producir biodiesel, se refiere a una reacción química catalizada por lipasas inmovilizadas, la cual, involucra la participación de un aceite vegetal y un alcohol para producir ácidos grasos de metil ésteres (es decir, biodiesel) y glicerol. Las lipasas tienen un gran potencial porque no requieren operaciones complejas para la recuperación del glicerol, y para la eliminación de catalizadores. (ALVAREZ VILLAGOMEZ, C. S., 2009)

Figura 4. Principales clases de inmovilización de enzimas.

Figura 5. Proceso de producción de lipasa inmobilizada a partir de candida rugosa. Elaboración propia

DIAGRAMA DE FLUJO

Metodología

Minitan Millipore 4 membranas PVDF 0.45 um de corte. Ultrafiltración 10 kDa: Centrassette Pall Filtron con 1 membrana omega 10K de corte. Dilución hasta su volumen inicial con tampón Tris-HCl 20 mM a pH 7.4 Ultrafiltración 10 kDa: Centrassette Pall Filtron con 1 membrana omega 10K de corte. Cromatografía de intercambio iónico: Millipore DEAE Memsep 1000 (1 ml) Columna Pharmacia HR 5/5 con relleno Pharmacia Source 15Q Se preparan tampones con concentración de NaCl en forma de gradiente. 1-10 mg polvo/ml de buffer A centrifugados Volúmenes de inyección de 100-500 ul Resultados Esperados Según los resultados de Sanchéz, A. En 1998, al final de la fermentación se obtiene una concentración de proteína de 98 ug/ml y una actividad específica de 671 ffi/mg. Sin embargo se espera que la actividad específica de Lipasa aumente hasta 1532 ffi/mg al igual que la concentración a 3270 ug/ml tras pasar por el tren de purificación hasta antes de la cromatografía.

La producción de lipasa en un concentrado líquido utilizando Candida rugosa conlleva la obtención de una proteína extracelular por lo que no es necesario realizar un proceso de lisis celular, sin embargo es necesario realizar un proceso de purificación para aumentar la concentración. (Sanchez, 1998). Fermentación en tanque agitado: Biorreactor con un volumen de operación de 55L. Temperatura: 30°C TOD: 30-40% de saturación pH: 6.3 Velocidad de agitación: 400 rpm Fuente de carbono: ácido oleico Medio de cultivo (composición por litro): KH2PO4: 15 g K2HPO4: 5.5 g (NH4)2SO4: 4 g MgSO4 (7H20): 1 g Biotina: 0.008 mg Tiamina HCl: 0.2 mg Inositol: 0.004 mg FeCl3: 10 mg Tren de purificación: Centrifugación: Centrífuga Westfalia Separator AG trabajando a 3000g y 20 l/h. Microfiltración 0.45 um:

Normatividad aplicable

NOM-087-ECOL-SSA1-2002: La presente Norma Oficial Mexicana establece la clasificación de los residuos peligrosos biológico-infecciosos así como las especificaciones para su manejo. Consultar: NOM-065-SSA1-1993: Esta Norma tiene por objeto determinar las especificaciones mínimas que deben tener los medios de cultivo para microorganismos en general. Consultar:

NOM-016-CRE-2016 : Esta Norma Oficial Mexicana tiene como objeto establecer las especificaciones de calidad que deben cumplir los petrolíferos en cada etapa de la cadena de producción y suministro, en territorio nacional, incluyendo su importación.Consultar: NMX-AA-174-SCFI-2015: NORMA OFICIAL MEXICANA QUE ESTABLECE ESPECIFICACIONES Y REQUISITOS PARA LA CERTIFICACIÓN DE SUSTENTABILIDAD AMBIENTAL EN LA PRODUCCIÓN DE BIOENERGÉTICOS LÍQUIDOS DE ORIGEN VEGETAL. Consultar: ROY-NOM-005-STPS-2017: Establecer las condiciones y procedimientos de seguridad y salud para prevenir riesgos a los trabajadores y evitar daños al Centro de trabajo, por el manejo de sustancias químicas peligrosas o sus mezclas. Consultar:

FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA

La utilización de lipasas de Candida rugosa en la producción enzimática de biodiesel es técnicamente factible y económicamente viable en comparación con los métodos tradicionales de producción. En cuanto a la factibilidad técnica, la Candida rugosa es una fuente común de lipasas que se utilizan en la producción enzimática de biodiesel. Las lipasas de candida rugosa son altamente específicas y estables en comparación con otras lipasas comerciales. Además, estas enzimas pueden ser utilizadas en una gran variedad de condiciones de operación, lo que las vuelve muy versátiles. Por otro lado, en cuanto a factibilidad económica, la utilización de candida rugosa en la obtención de biosiesel a partir de enzimas demostró ser rentable. según un estudio de Chisti (2007) la producción enzimática de biodiesel, utilizando lipasas de candida rugosa, tenía un costo de producción de aproximádamente 1.20 USD/L. Otro estudio realizado por Verma et. al.(2018) encontró que en este tipo de obtención de biodiesel resultaba más rentable la utilización de lipasas de candida rugosa frente a los catalizadores químicos. un estudio publicado por la revista Biotechnology ADVANCES en 2020 afirma que la producción enzimática de biodiesel utilizando lipasas puede resultar más rentable que la producción convencional del mismo a partir de aceites vegetales si se utilizan materias primas de bajo costo y se optimiza el proceso de producción. En adición, en este proceso se pueden reducir los costos de producción en comparación con los métodos convencionales al eliminar la necesidad de pretratamiento de la materia prima y el uso de catalizadores químicos.

Consideraciones éticas y de sostenibiblidad

La producción enzimática de biodiesel puede tener consideraciones éticas y de sostenibilidad importantes, entres las cuáles se pueden destacar las siguientes: Uso de materias primas sostenibles: La producción enzimática de biodiesel se basa en la utilización de materias primas como aceites vegetales y grasas animales. Es de suma importancia que estas materias primas sean sostenibles y no compitan con la producción de alimentos o la conservación de bosques y ecosistemas. Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero: El biodiesel producido a través de enzimas puede ser una alternativa más sostenible y menos contaminante que los combustibles fósiles pero, es de suma importancia considerar el ciclo de vida completo del biodiesel, incluyendo la producción y el transporte de las materias primas y del propio biodiesel, para evaluar su impacto en las emisiones de gases de efecto invernadero. Uso responsable de los recursos naturales: La producción enzimática de biodiesel requiere de grandes cantidades de agua y energía, por lo que resulta imprescindible que estos recursos sean utilizados de manera responsable y sostenible para minimizar el impacto ambiental. Cumplimiento de regulaciones y estándares éticos: Es importante que en el proceso de esta producción se cumpla con las regulaciones y estándares éticos locales e internacionales, incluyendo la protección de los derechos humanos y laborales, la seguridad alimentaria y la protección del medio ambiente. Sustitución de cultivos: Este tipo de producción de biodiesel puede llevar a la sustitución de cultivos de alimentos por cultivos destinados a la producción de biocombustibles, lo cuál podría tener implicaciones éticas en términos de seguridad alimentaria y acceso a alimentos. Comercio justo: Pueden existir implicaciones en términos de comercio justo, especialmente si se utiliza materia prima cultivada en países en desarrollo. Es crucial asegurarse de que los agricultores reciban una compensación justa por sus cultivos y que los procesos de producción sean éticos y sostenibles.

Un poco más...

Referencias

ALVAREZ VILLAGOMEZ, C. S. (2009). CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN SUPERIOR DE ENSENADA PROGRAMA DE POSGRADO EN CIENCIAS. https://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1007/1152/1/182451.pdf Citar Como, Castellar, E., Angulo, B., & Cardozo. (2014). Transesterification vegetable oils using Heterogeneous catalysts. 12, 90–104. http://www.scielo.org.co/pdf/prosp/v12n2/v12n2a10.pdf ‌REPSOL. (2023, February 23). ¿Qué es el biodiésel y cómo se obtiene? Aplicaciones | Repsol. REPSOL. https://www.repsol.com/es/energia-futuro/transicion-energetica/biodiesel/index.cshtml#:~:text=El%20biodi%C3%A9sel%20es%20un%20combustible,aceites%20vegetales%20o%20grasas%20animales). ‌Sandoval, G., Rivera, I., & Villanueva, G. (2009). Producción de biodiesel a partir de residuos grasos animales por vía enzimática. Grasas Y Aceites, 60(5), 470–476. https://doi.org/10.3989/gya.021409 ‌de, A. (2016). Producción enzimática de biodiésel a partir de aceites de desecho: una nueva alternativa. UABDivulga Barcelona Investigación E Innovación. https://www.uab.cat/web/detalle-noticia/produccion-enzimatica-de-biodiesel-a-partir-de-aceites-de-desecho-una-nueva-alternativa-1345680342040.html?noticiaid=1345697388111#:~:text=Gracias%20a%20la%20cat%C3%A1lisis%20enzim%C3%A1tica,la%20utilizaci%C3%B3n%20de%20energ%C3%ADas%20verdes. ‌De Doctorado, P., & Biotecnología. (n.d.). Universitat Autònoma de Barcelona ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DEPARTAMENT D’ENGINYERIA QUÍMICA RECUPERACIÓN, PURIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LIPASAS PRODUCIDAS POR Candida rugosa. APLICACIÓN A LA RESOLUCIÓN DE COMPUESTOS QUIRALES Y DISEÑO DEL REACTOR ENZIMÁTICO. https://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/5317/asf1de2.pdf Bonet-Ragel, K.; Canet, A.; Benaiges, D.; Valero, F. Synthesis of biodiesel from high FFA alperujo oil catalysed by immobilised lipase. Fuel. 2015, vol. 161, p.12-17. doi: 10.1016/j.fuel.2015.08.032. DOF. (2016). NOM-016-CRE-2016. Recuperado 10 de marzo de 2023, de Diario Oficial de la Federación website: https://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5450011&fecha=29/08/2016#gsc.tab=0 DOF. (2016). NMX-AA-174-SCFI-2015. Recuperado 10 de marzo de 2023, de Diario Oficial de la Federación website: https://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5433395&fecha=18/04/2016#gsc.tab=0 Sanchez, A. (1998). Recuperación, Purificación y Caracterización de lipasas producidas por Candida rugosa. Recuperado de: https://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/5317/asf1de2.pdf;jsessionid=DAC7D549C74914C05EB026C4F6A55E3E?sequence=1 Demirbas A.. 2008. Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections. Energy Conversion and Management 49: 2106–2116. https://www.sica.int/busqueda/busqueda_archivo.aspx?Archivo=odoc_9505_1_21062006.pdf